Влияние термической обработки и химического состава низколегированных сталей на коррозионную стойкость и хладостойкость металла трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Самотлорского месторождения Медведев, Александр Павлович

Введение к работе

з

Актуальность темы.

Нефтепромысловое оборудование Самотлорского месторождения, как и других месторождений Западной Сибири, работает в условиях все возрастающей коррозионной активности промысловых сред. В 90-е годы в 1.3-1.5 раза возросла аварийность трубопроводов и другого нефтепромыслового оборудования систем первичного сбора нефти. Долговечность нефтегазопроводных труб на Самотлорском месторождении низка и составляет 6-12 месяцев эксплуатации. Трубы выходят из строя из-за язвенной либо канавочной коррозии, характеризующейся мгновенным раскрытием трубы на большое расстояние и приводящей к наиболее значительным экологическим последствиям.

К основным факторам, обуславливающим повышение в 90-е годы коррозионной активности промысловых сред Самотлорского месторождения, можно отнести следующие:

высокая обводненность транспортируемой продукции,

наличие С0₂ в газе и растворенной углекислоты в водной фазе,

наличие в среде значительного количества механических примесей, состоящих из песка и осыпавшихся с поверхности трубы продуктов коррозии),

образование осадков солей железа и кальция на поверхности трубопроводов,

наличие H2S, являющегося продуктом жизнедеятельности сульфатвосста-навливающих бактерий, количество которых в настоящее время резко увеличивается.

Таким образом трубопроводы, эксплуатируемые на Самотлорском месторождении, работают в сложных условиях высокой обводненности транспортируемой продукции, наличии ССЬ и H₂S в водной фазе и газе, повышенной минерализации (высокое содержание ионов Са), наличия в среде значительного количества механических примесей, осадков солей железа и кальция.

В настоящее время в литературе имеется достаточное количество данных по закономерностям коррозионного поражения металла в средах, содержащих

H₂S, приводящих к наводороживанию металла трубы, его охрупчиваншо и сульфидному коррозионному разрушению под напряжением (СКРН). Имеются литературные данные по особенностям язвенной коррозии, повреждающей металл в средах, содержащих СОг- Однако, практически полностью отсутствуют данные по коррозионному повреждению металла труб под воздействием сложной, многокомпонентной среды, содержащей как H2S, так и СОг, а также твердые механические частицы, осадки солей железа и кальция.

На основе экспертных исследований аварийных образцов установлено, что максимальное количество порывов и других видов коррозионных поражений наблюдалось для сталей с повышенной концентрацией Мп (типа 09Г2С, 17Г1С, 17Г1СУ и т.д.). На их уровне стандартные трубы из стали 20 характеризуются более высокой долговечностью, однако применение труб из стали 20 в регионах Западной Сибири ограничено в связи с их относительно низкой хладостойко-стыо (температура вязко-хрупкого перехода не превышает -20С).

Цель работы:

исследование механизмов, инициирующих коррозионные отказы нефтепромысловых труб в средах Самотлорского месторождения,

выбор сталей и разработка технологий термической обработки труб повышенной эксплуатационной надежности,

разработка новой марки стали с повышенной коррозионной стойкостью и х ладосто йкостью.

Основные задачи исследований

1. Выявление основных факторов, приводящих к коррозионным отказам неф-тегазопроводных труб.

2. Разработка требований к качеству металла труб для обеспечения их повышенной эксплуатационной надежности.

3. Разработка режимов термической обработки стали 20 для повышения ее коррозионной стойкости и хладостойкости.

4. Разработка новой низколегированной марки стали с высокой коррозионной стойкостью и хладостойкостью.

5. Разработка технических условий на производство коррозионно-стойких и хладостойких труб для месторождений Западной Сибири. Научная новизна

5. Показано, что ведущим механизмом коррозионных отказов нефтегазопро-водных труб в условиях Самотлорского месторождения, приводящим к хрупкому раскрытию трещин вдоль канавки, является наводороживание металла и сульфидное коррозионное растрескивание под напряжением.

6. Установлена зависимость механизма аустенизации при выдержке в межкритическом интервале температур от исходной структуры металла. Доказано, что в металле низколегированных сталей с предварительно закаленной структурой зарождение аустештгаых зерен происходит из малоуглеродистых зародышей сдвиговым путем, что предопределяет образование в металле сверхмелкого зерна.

7. Разработана новая технология термической обработки труб из стали 20, включающая в себя систему циклических закалок (1200⁰С+900С+750С), обеспечивающая снижение ликвационной неоднородности и формирование феррито-перлитной структуры со сверхмелким зерном.

8. Доказано, что для стали 20 со средним содержанием S и Р до 0,018%, разработанный режим термической обработки снижает температуру вязко-хрупкого перехода до -70С.

9. Для условий эксплуатации Западной Сибири разработана новая марка стали 08ХМЧА высокой коррозионной стойкости с температурой вязко-хрупкого перехода ниже -70С.

Практическая значимость 1. Сформулированы технические требования для производства коррозионно-стойких и хладостойких труб, на основе которых разработаны технические условия ТУ 14-162-14-96 «Трубы бесшовные горячедеформированные неф-тегазопроводные повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости».

2. Для производства коррозионно-стойких и хладостойких труб разработана технология их термической обработки и организовано промышленное внедрение труб на нефтепромыслах Западной Сибири. Положения, выносимые на защиту

10. Механизм накопления поврежденности и разрушения низколегированных труб в условиях Самотлорского месторождения.

11. Особенности влияния кислорода на хладостойкость трубных сталей.

12. Режим термической обработки для стали 20, содержащий S и Р до 0,018%, повышенной коррозионной стойкости и хладостойкости.

13. Химический состав и режим термической обработки новой комплексно-легированной марки стали.

Апробация работы.

Основные результаты, полученные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:

отраслевой научно-технической конференции «Проблемы защиты от коррозии нефтепромыслового оборудования на месторождениях Западной Сибири» (г. Тюмень, 1989 г.),

межотраслевой научной конференции «Передовые методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии» (г. Москва, 1996 г.),

международном научно-техническом семинаре «Современные методы и средства защиты трубопроводных систем от коррозии» (г. Римини, 1997 г.),

всероссийском совещании начальников округов Госгортехнадзора России (г. Астрахань, 1997 г.),

научном семинаре кафедры механики деформируемого твердого тела Самарского государственного университета (1995,1996,1998 гг.).

Публикации.

Основные результаты работы опубликованы в трех статьях, двух тезисах докладов, препринте. По результатам работы разработаны технические условия на производство труб, получен патент на металл труб.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и выводов по ра
боте, списка литературы из % У наименований, двух приложений, содер
жит- стр. текста, таблиц, _ рисунков.

Похожие диссертации на Влияние термической обработки и химического состава низколегированных сталей на коррозионную стойкость и хладостойкость металла трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Самотлорского месторождения

Влияние химического состава и термической обработки на магнитоупругие свойства малоуглеродистых и низколегированных сталей и сплавовЯценко Татьяна Александровна

Влияние термической и термомеханической обработки на фазовый состав, структуру и механические свойства полуфабрикатов из титанового сплава ВТ16Степанов, Степан Игоревич

Исследование влияния режимов деформации и термической обработки на структуру, фазовый состав и комплекс механических свойств нового жаропрочного титанового сплава BTIBVОП и разработка металловедческих основ производства штамповок дисков из этого плава для новых авиационных двигателейЛех, Геннадий Иосифович

Влияние содержания алюминия и параметров термомеханической обработки на структуру, фазовый состав и механические свойства полуфабрикатов из интерметаллидного титанового сплава ВТИ-4Алексеев Евгений Борисович

Формирование структуры и механических свойств низколегированных ферритно-мартенситных сталей различного состава в процессе термической обработки и старения Сторожева Лидия Михайловна

Разработка технологии термомеханической обработки, обеспечивающей унификацию судостроительных и трубных сталей по химическому составу за счет формирования ультрамелкозернистой и субмикрокристаллической структурыКоротовская Светлана Владимировна

Изменение фазового состава, структуры и свойств металлокерамики карбид титана-сталь при термической обработкеСвердлова Наталия Рашитовна

Влияние термической обработки, электрического и магнитного полей на склонность к хрупкому разрушению сплава сендаст и Mn-Zn феррита Шипко Галина Александровна

Влияние термоводородной обработки на формирование структуры и комплекс механических свойств жаропрочного титанового сплава Ti-8,3Al-2,1Mo-2,2Zr-0,2SiГвоздева, Ольга Николаевна

Влияние упрочняющих обработок на структуру и свойства фасонного стального проката и чугунных валковБелов, Евгений Геннадьевич